La soldadura automatizada ya no es solo para aplicaciones de lotes grandes a largo plazo. La nueva tecnología digital que une los equipos de soldadura y la robótica para crear celdas fácilmente programables está mejorando su atractivo para aplicaciones cada vez más pequeñas y especializadas.

Cuando la robótica y las operaciones de soldadura se unen en el taller, los resultados pueden incluir mejoras dramáticas en la calidad, mejor repetibilidad, ciclos de producción más rápidos, menos tiempo de inactividad y, con todo esto, un aumento en las ganancias. Las nuevas opciones en la automatización de la soldadura están ampliando su aplicación y su valor económico como herramienta de producción. La programación más flexible y las comunicaciones digitales finamente ajustadas entre las fuentes de poder de soldadura, los brazos robóticos y los equipos de posicionamiento hacen posible crear un sistema económicamente justificable y productivo para operaciones de fabricación de casi cualquier tamaño.

¿Por qué automatizar?
La sabiduría convencional ha sido que la soldadura automatizada solo tenía sentido para tiradas más largas de piezas repetitivas. Históricamente, los costos de los accesorios y las estaciones de trabajo especiales tendían a crear estas limitaciones. Los nuevos sistemas que combinan una programación más sencilla, una sujeción de trabajo más flexible y celdas que brindan una coordinación más estrecha entre el control de soldadura, el movimiento robótico y el posicionamiento de la pieza de trabajo prometen hacer que todos los trabajos, excepto los más pequeños, sean candidatos para la automatización. Una empresa que ejecuta diferentes lotes de 50 o 100 piezas soldadas ahora puede obtener muchos de los mismos beneficios que una que produce cientos o incluso miles de conjuntos idénticos. Las firmas más grandes también pueden beneficiarse al automatizar sus series más cortas o soldaduras de producción más especializadas utilizando un sistema prediseñado "empaquetado" que se programa fácilmente para sus necesidades cambiantes. Con alianzas estratégicas entre fabricantes de equipos de soldadura, robótica y posicionadores, incluso las celdas personalizadas a menudo están al alcance para aplicaciones de lotes pequeños.

En el pasado, los fabricantes solían considerar solo sus partes más complejas como candidatas para la automatización y concluían que la inversión no era económicamente justificable. Hoy en día, los sistemas más flexibles minimizan la necesidad de accesorios dedicados y facilitan el cambio de producción de una pieza a otra. La regla 80/20 se aplica con frecuencia, ya que el ochenta por ciento de la producción de una empresa generalmente representa solo el 20 por ciento del tamaño de sus piezas. Las nuevas celdas de soldadura robóticas facilitan la automatización de más de estos trabajos simples, a menudo repetitivos, y el cambio rápido de uno a otro.

La principal razón para automatizar es que tiene sentido económico. Los sistemas robóticos para aplicaciones de corto a mediano plazo son ahora más asequibles que nunca. Con una menor inversión y mayores mejoras de productividad, el retorno de la inversión (ROI) es mayor que con líneas de soldadura más grandes y diseñadas individualmente.

La calidad constante es otra razón para automatizar. Cuantas menos variables no controladas haya en el proceso, mayor será la calidad de las soldaduras y más uniformes serán. Los niveles de calidad mejorados y los tiempos de respuesta más rápidos también ayudan a crear una mayor satisfacción del cliente.

A diferencia de las luminarias personalizadas, la sujeción o sujeción flexible incorporada en las celdas robóticas más nuevas hace que sea fácil alternar entre una variedad de productos diferentes con poco tiempo de cambio. Esto también aumenta la productividad y mejora el ROI.

Como ocurre con muchos oficios especializados, existe una grave escasez de operadores de soldadura capacitados. Esta situación crea una “automatización imperitiva” en la que tiene sentido transferir las habilidades a la máquina y automatizar tantas tareas repetitivas como sea posible. Incluso cuando hay un operador involucrado, el contenido de mano de obra es menor. En una celda de soldadura robótica, la manipulación y la soldadura ocurren simultáneamente en dos zonas. Mientras el operador carga y descarga en una zona, el robot suelda en la otra.

En el lazo
La conectividad entre los componentes del sistema es lo que hace que la automatización de la soldadura sea diferente hoy en día de hace unos años. Las nuevas redes de comunicación industrial ahora crean un circuito continuo para la retroalimentación y el control de todo el proceso, desde la computadora de la oficina hasta la planta y viceversa. Las comunicaciones digitales hacen que estos sistemas sean mucho más rápidos que los controles analógicos. Proporcionan más rendimiento y también son más flexibles. Además, es fácil agregar parámetros sin agregar más cables. La evaluación del proceso en tiempo real y la conectividad a Internet hace posible monitorear el proceso sin conectar los componentes juntos, no solo en la planta de la fábrica sino de forma remota, en una sala de control o incluso en una ubicación totalmente diferente.

Los fabricantes de equipos que anteriormente funcionaban de forma independiente están formando relaciones más estratégicas. Al poner en común su conocimiento individual, pueden diseñar productos que funcionen juntos de manera efectiva como sistemas. Una empresa con experiencia en soldadura que se une a un fabricante líder de robótica y un proveedor de sistemas de posicionamiento innovadores puede ofrecer soluciones de soldadura automatizadas que son más efectivas que si un usuario intentara ensamblar una celda de trabajo de forma independiente. Además, los fabricantes de equipos complementarios están difuminando las líneas divisorias entre sus empresas individuales y creando una nueva sinergia a medida que cooperan en la reingeniería de los productos de los demás para que funcionen juntos.

La mayoría de los fabricantes de robótica desarrollan sus principales productos en el extranjero, lo que a veces hace que sea más difícil coordinar el diseño de un sistema en el que todos los componentes se comuniquen eficazmente entre sí. Para facilitar este intercambio, al menos una firma de robótica ha centrado su desarrollo de productos para el mercado norteamericano en EE. UU. Al mismo tiempo que mantiene sus recursos internacionales. Este enfoque de “lo mejor de ambos mundos” permite a la empresa responder de manera más rápida y eficaz a las necesidades del mercado local.


Productos vinculados a sistemas
Al reunir la combinación correcta de equipos, software y tecnologías de comunicaciones, los fabricantes ahora pueden crear plataformas de soldadura por arco tecnológicamente avanzadas que brindan una integración perfecta y comunicación de alta velocidad entre equipos de soldadura, PLC, E / S remotas, computadoras en red y todo, desde del piso de la planta a la computadora de la oficina. Con velocidad y precisión digitales, estos sistemas controlan el proceso y el equipo de soldadura al mismo tiempo que brindan retroalimentación constante para optimizar la calidad y la productividad. Mediante la retroalimentación continua a una PC, la evaluación del proceso ahora se puede realizar en tiempo real, sin tener que instalar monitores externos separados.

Lincoln Electric ha creado un ejemplo de esta capacidad a través de su programa Nextweld ™. La tecnología Nextweld proporciona una integración perfecta de la tecnología Waveform, la comunicación digital y la tecnología de consumibles de soldadura. Debido a que las formas de onda de arco se pueden configurar electrónicamente mediante software, los equipos con capacidades de control de formas de onda pueden ofrecer resultados personalizados para cada aplicación sin la necesidad de cambiar los componentes eléctricos. Se pueden crear formas de onda personalizadas a pedido y se pueden descargar de la web para su entrega en tiempo real. Trabajando juntos en el sistema, el software de computadora personaliza las características del arco de soldadura para adaptarse a la tarea en cuestión. Esto permite que una sola máquina se adapte rápida y fácilmente a una amplia gama de aplicaciones de soldadura con diferentes especificaciones de material, posiciones de soldadura y requisitos de resistencia / apariencia. Las fuentes de energía del inversor son capaces de funcionar con prácticamente cualquier fuente de alimentación con una clasificación de alta eficiencia para ahorros significativos de energía y costos. Las comunicaciones digitales proporcionan una transferencia más rápida y confiable de grandes volúmenes de datos que los métodos analógicos.

The Lincoln Electric Company presentó por primera vez un protocolo de comunicaciones digitales para la industria de la soldadura por arco, conocido como ArcLink ™, en la feria de la American Welding Society (AWS) de 1997. Como protocolo abierto, puede ser adoptado y utilizado por todas las empresas de la industria de la soldadura y permitirá que más y más componentes del sistema se comuniquen de forma eficaz. Tal protocolo gobierna el intercambio de información entre dispositivos o módulos en un sistema de soldadura por arco y simplifica tanto la interconectividad como las comunicaciones. Los módulos típicos pueden incluir una fuente de alimentación, una caja de control y un mecanismo de alimentación. También se incluyen equipos periféricos como extractores de humos y mezcladores de gases. Debido a que un sistema de soldadura es en realidad solo una colección de módulos, un módulo de puerta de enlace puede proporcionar enlaces con otras redes utilizadas en una empresa, incluidas DeviceNet ™ y Ethernet. Con un protocolo estándar, los integradores de sistemas tendrán una mayor flexibilidad para elegir equipos de soldadura y periféricos y muchos menos problemas de compatibilidad. La naturaleza modular del protocolo ofrece al integrador una amplia variedad de fabricantes y periféricos para elegir, e integrarlos en el sistema no requerirá un esfuerzo de diseño personalizado para cada nuevo componente del sistema.
Dónde empezar
Al investigar soluciones automatizadas, es importante comprobar la gama completa de capacidades disponibles de los proveedores potenciales. Algunos fabricantes pueden ofrecer más profundidad que otros en áreas tales como experiencia técnica en soldadura, manejo del arco, refinamiento de procesos, control de salpicaduras y calidad final de la soldadura. La combinación correcta de equipos para soldadura, robótica y sujeción o posicionamiento ayudará a optimizar los tiempos de ciclo y la repetibilidad. Compare las ofertas disponibles con sus requisitos actuales, pero también asegúrese de que el sistema que elija tenga la mejor combinación de capacidades y sofisticación para enfrentar los desafíos futuros. El equipo del fabricante puede usar sus dibujos o archivos CAD para construir un modelo informático detallado de su pieza y crear una animación 3D que describirá con precisión el proceso de producción automatizado propuesto. Esto puede proporcionar varios beneficios, como:

    Descubra y elimine cuellos de botella, ineficiencias y problemas de seguridad

    Analizar cómo el desempeño del operador podría afectar la producción y el flujo

    Explore la programación de varias piezas

    Verificar y / o corregir los supuestos del proceso y los problemas de tiempo

    Examine diseños de pisos alternativos para optimizar el espacio

    Identificar la posible interferencia de la antorcha / pieza / herramienta

    Estimar y estudiar las opciones de tiempo de ciclo para aumentar el rendimiento del producto

El equipo de desarrollo de automatización de un fabricante puede incluso ayudar a reutilizar o actualizar los robots más antiguos de su empresa para usarlos en un sistema nuevo y más flexible. En muchos casos, este enfoque puede convertir máquinas más antiguas y menos productivas en activos rentables.


CORSA Performance, Inc. aumenta la producción
CORSA Performance, Inc., de Berea, Ohio, es una empresa de ingeniería y fabricación que se especializa en sistemas de escape automotrices y marinos de acero inoxidable de alto rendimiento. CORSA disfruta de una participación de mercado de la industria marina del 85%, y sus silenciadores automotrices Power-Pulse se han utilizado en una gran cantidad de vehículos, incluidos Corvettes ™, Camaros ™, Firebirds ™, Dodge ™ Vipers ™, Cadillacs ™, Chevrolet ™ y GMC ™ Trucks . La empresa necesitaba aumentar los volúmenes de producción y eliminar los cuellos de botella causados por sus métodos de soldadura manuales GTAW. La calidad de la soldadura fue un factor igualmente importante. Jim Browning, propietario y presidente de CORSA, dice: “Cuando se saca un sistema CORSA de la caja, lo primero que nota el cliente son las soldaduras. Por eso, aunque la velocidad de producción era importante para nosotros, también necesitábamos un sistema que produjera soldaduras sin salpicaduras y de alta calidad de forma constante ".

 

Para cumplir con estos requisitos, CORSA seleccionó un sistema de soldadura robótica Lincoln Electric System 10. La estación de trabajo de soldadura prediseñada de dos mesas fijas se ensambla y se envía lista para instalar. Utiliza un brazo robótico Fanuc Arc Mate 50iL de seis ejes con una carga útil de 3 kg y un controlador Fanuc R-J3. La unidad cuenta con un flash envolvente de metal completo y una barrera de seguridad y puertas de seguridad plegables con enclavamientos. El operador puede cargar y descargar un lado de la celda mientras el robot suelda simultáneamente en el otro lado, lo que facilita excelentes tasas de producción.

Debido a la delgadez de las piezas de acero inoxidable, el sistema utiliza una fuente de poder Lincoln STT II. A diferencia de las máquinas CV MIG estándar, el STT no tiene perilla de voltaje. En cambio, usa controles de corriente para ajustar el amperaje, independientemente de la velocidad de alimentación de alambre. Esto hace que sea mucho más fácil realizar soldaduras que requieran un bajo aporte de calor sin derretir el material base. También minimiza la distorsión, las salpicaduras y el humo.

Después de que se instaló el nuevo sistema de soldadura por arco robótico, la producción de soldadura aumentó de 44 a 180 silenciadores Power-Pulse por día. Como resultado, CORSA ha convertido 12 de sus estaciones de soldadura manual en estaciones robóticas. La empresa elige piezas para soldadura robótica en función de su volumen y rendimiento en el taller. “Si una pieza se está soldando actualmente con MIG o TIG, imagino que el robot System 10 suelda la pieza y luego determina si el robot puede hacer el trabajo con los accesorios adecuados”, explica Paul Goth, programador de robots / ingeniero de procesos.

Una de esas piezas es el silenciador C5 Corvette y Camaro, una caja larga, cilíndrica ovalada de calibre 22 de acero inoxidable Tipo 304 con una tapa de extremo de calibre 18. El robot hace dos soldaduras de filete de 28 ”alrededor de la circunferencia de la pieza en cada tapa de extremo. La carcasa delgada tiende a fundirse, pero necesita una soldadura con buena penetración. CORSA utiliza un gas de triple mezcla (90% de helio, 7,5% de argón y 2,5% de CO2) con alambre 316L de 0,035 ”. Antes de la automatización, un soldador tardaba 20 minutos en soldar un silenciador con GTAW. Hoy, el sistema produce un silenciador en menos de dos minutos. Dado que un solo trabajador de producción puede operar el robot, los soldadores calificados de la empresa han sido reasignados a otras tareas de soldadura. Como resultado, la celda robótica ha aumentado los volúmenes de producción diaria en un 500%.

Otra parte que CORSA suelda ahora de forma robótica es una punta de silenciador marino. Consiste en una caja moldeada de acero inoxidable 316L de calibre 16 con un anillo soldado. El robot debe hacer cuatro pequeños puntos de soldadura para mantener el anillo dentro del tubo y luego una soldadura de tejido circular continuo de 12 ”alrededor de la circunferencia exterior de la pieza. Para todas las piezas marinas, la empresa utiliza un gas de triple mezcla (90% helio, 7,5% argón y 2,5% CO2) con alambre 316L de 0,035 ”. Cuando la punta del silenciador se soldaba manualmente usando TIG, el tiempo de soldadura por pieza era de tres a cinco minutos. Hoy en día, el robot de soldadura por arco lo ha reducido a 35 segundos por pieza.

Después de soldar, todas las piezas se pulen hasta obtener un acabado satinado o espejo. "La ventaja de la tecnología STT es que no tenemos que lidiar con las salpicaduras, por lo que podemos pasar directamente al pulido, lo que nos ahorra tiempo de trabajo", dice Goth. "El robot nos proporciona soldaduras MIG de alta calidad que se parecen a las soldaduras TIG".


La fabricación de Harford reduce el tiempo de ciclo
En Harford Manufacturing, dos sistemas de soldadura automatizados redujeron el tiempo del ciclo de soldadura de 30 minutos a 8 minutos en un cucharón de excavadora de 12 ". El tiempo de soldadura manual de los cucharones de excavadora varió según el tamaño entre 30 minutos y una hora y 45 minutos. Harford se especializa en el suministro de excavadoras cucharones y enganches rápidos para el mercado OEM en el Reino Unido y Europa.

El director de producción, Julian Garrood, explica: "La capacidad de soldar rápidamente con un alto nivel es un elemento clave en nuestro proceso de fabricación". En 2000, la compañía comenzó a enfocarse en la soldadura robótica para aumentar la producción. Basándose en la experiencia pasada con su equipo manual, la compañía seleccionó dos sistemas automatizados Lincoln con el robot Arcmate 120i y el controlador FANUC R-J3. Una celda suelda cubos de varios tamaños con un tamaño de soldadura constante y sin limpieza posterior a la soldadura, todo lo que lleva a una reducción sustancial de los costos generales. El supervisor de soldadura Kevin Holmes dijo: "La producción del robot ha superado nuestras expectativas en términos de calidad y cantidad. Estamos logrando incrementos de producción superiores al 100% y el sistema es fácil de usar y confiable ".


H-P Products gana nuevos negocios con la automatización de soldadura
En H-P Products, Inc., Canton, Ohio, seis sistemas de soldadura automatizados ayudaron a capturar nuevos negocios de GM y Chrysler. En junio de 2002, la empresa ya tenía un contrato con los principales fabricantes de automóviles para fabricar barras estabilizadoras utilizadas en los sistemas de suspensión. Con conversaciones sobre una nueva línea de productos de GM y Chrysler ansioso por embarcarse en un nuevo contrato comercial, H-P necesitaba elevar los niveles de producción para manejar el repentino y masivo aumento.

Para satisfacer la demanda, la compañía agregó seis nuevos sistemas de soldadura automatizados Lincoln a su línea de producción, que incluyen cuatro plataformas giratorias y dos sistemas de indexación de mesa fija. Cada sistema personalizado incluye una fuente de alimentación Power Wave 455R y un robot FANUC 100 J-3iB. Con los sistemas, H-P ahora fabrica una nueva línea de productos GM, generando un producto terminado para GM en solo seis meses. H-P también ganó un nuevo contrato comercial con Chrysler y los niveles de producción se han disparado.


El MIG en tándem "refuerza" la producción en Garden State Chassis en un 500 por ciento
La soldadura manual MIG (GMAW) de los conjuntos de refuerzo traseros fue demasiado lenta para mantenerse al día con los pedidos actuales en Garden State Chassis, Woodbridge, Nueva Jersey, un importante productor de chasis de alta calidad para cargar y descargar carga de barcos. La empresa cambió al sistema MIG en tándem automatizado de Lincoln y aumentó la producción en un 500 por ciento. En lugar de soldar dos arcos simultáneamente en cada lado del cabezal a velocidades de desplazamiento convencionales, el sistema Tandem MIG permite que dos arcos hagan una sola soldadura a velocidades de desplazamiento de cuatro a cinco veces más rápidas. Tandem MIG es un proceso de soldadura de alta velocidad de doble alambre que coordina dos arcos GMAW generados por separado al unísono para crear una soldadura terminada. Con dos arcos, el proceso produce velocidades de desplazamiento excepcionalmente altas y, en el caso de Garden State, las velocidades excedieron las 40 pulgadas por minuto, más de 2 -1/2 veces más rápido que los sistemas de la competencia. El proceso no solo ofrece velocidades más rápidas, sino que también ofrece una excelente calidad de soldadura con un mínimo de salpicaduras, ideal para las soldaduras de ensambles de refuerzo altamente visibles. La alta calidad con pocas salpicaduras se debe en gran parte a la fuente de energía Power Wave del sistema, que cuenta con la tecnología de control de forma de onda y controla el charco de soldadura y la interacción del arco según la aplicación específica.

Pat Picazio, director de compras de Garden State Chassis afirma: "No podemos creer la diferencia que ha marcado en nuestras capacidades de producción, especialmente a medida que aumenta el volumen de negocios. Temíamos que el sistema automatizado no se mantuviera en nuestro taller. condiciones, pero funciona ocho horas al día, cinco días a la semana sin parar y sin problemas ".

Estos ejemplos ilustran solo algunas de las muchas formas en que los nuevos sistemas de soldadura automatizados más flexibles están aumentando la productividad, mejorando la calidad e impulsando la rentabilidad en empresas tanto grandes como pequeñas.